Cykl życiowy wirusa grypy
Wirusy to bardzo specyficzne twory chemiczne. W zasadzie trudno nawet nazwać je żywymi, bowiem samodzielnie nie mogą się rozmnażać. Do wytworzenia organizmów potomnych potrzebują komórek gospodarza – zwierzęcia, rośliny czy bakterii. Wirusy są skrajnymi pasożytami: podrzucają swoje geny komórce i zmuszają jej molekularną maszynerię do wytworzenia, w oparciu o zapasy komórki, potomnych wirusów. Cykl życiowy wirusa jest bardzo prosty: wtargnięcie do komórki gospodarza, podrzucenie komórce nielicznych własnych genów – te geny to przepisy na produkcję kilku białek wirusowych, namnożenie genów i białek wirusa, połączenie ich w wirusy potomne, uwolnienie nowych wirusów z komórki gospodarza. Celem wirusa nie jest zabicie komórki, a „tylko” zmuszenie jej do produkcji nowych wirusów.
Przyjrzyjmy się teraz, jak wirus grypy sprytnie oszukuje komórkę w celu wtargnięcia do jej wnętrza i podrzucenia jej swoich genów. W procesie infekcji hemaglutynina wiąże się z cząsteczką cukru – tzw. kwasem sjalowym – będącą receptorem na powierzchni błony komórek gospodarza. Komórka broni się przed niepożądanym „gościem” metodą tzw. endocytozy, tj. wpuklenia błony i odcięcia z niej pęcherzyka, tzw. endosomu.
Kolejnym krokiem jest przygotowanie intruza do strawienia przez obniżenie pH wewnątrz endosomu z pH 7 do pH 5 .I właśnie ten pierwszy etap – zwiększenie zakwaszenia – wirus grypy wykorzystuje, aby wymknąć się z pułapki zastawionej na niego przez komórkę. Powstaje wyścig – kto będzie pierwszy: komórka w trawieniu wirusa czy wirus w dokonaniu fuzji i podrzuceniu genów.
Po wniknięciu wirusa do komórki, niskie pH w endosomie powoduje otwarcie kanału jonowego M2 i przepływ protonów w poprzek otoczki wirusowej. Obniżenie pH we wnętrzu wirionu skutkuje oddzieleniem vRNP od białka M1. Warunki panujące w endosomie mają także wpływ na zmiany konformacyjne w rozciętej cząsteczce hemaglutyniny (HA). W wyniku tych przemian dochodzi do fuzji otoczki wiru-sowej z błoną endosomalną. Kompleksy rybonukleoproteinowe zostają uwolnione do cytoplazmy. Wszystkie podjednostki wirusowej polimerazy RNA (PB1, PB2, PA) oraz białko NP posiadają sygnał lokalizacji jądrowej. Transport do jądra komórki gospodarza odbywa się przez kompleksy porów jądrowych (NPC).
W komórkach zainfekowanych wirusem grypy typu A zostaje zatrzymana synteza białek gospodarza, a następuje translacja wirusowego mRNA. W jądrze komórkowym wirusowa polimeraza RNA rozpoczyna syntezę wirusowego mRNA. Istotnym etapem tego procesu jest cap-snatching, w którym wirusowa polimeraza RNA zależna od RNA (RdRp) wiąże się z fosforylowaną komórkową polimerazą II. Ufosforylowana polimeraza II aktywuje syntezę czapeczki guanozynowej (kap) na 5' końcu mRNA gospodarza. Podjednostka białka PB2 wiąże strukturę kap mRNA, a domena o aktywności endonukleazowej w podjednostce białka PA odcina 10-13 reszt nukleotydowych za czapeczką guanozynową. Odcięty od mRNA komórkowego fragment kap służy jako starter do syntezy wirusowego mRNA. Dojrzałe wirusowe mRNA są przenoszone do cytoplazmy i tam ulegają translacji z udziałem aparatu translacyjnego komórki. Pierwsze powstają białka NP, NS1, PB1, PB2 i PA, które migrują do jądra komórkowego. Następnie powstają białka powierzchniowe HA, NA i M2, które ulegają modyfikacjom w retikulum endoplazmatycznym. Po glikozylacji, która zachodzi w aparacie Golgiego, wszystkie białka kierowane są do błony komórkowej.
Kolejnym etapem cyklu życiowego wirusa jest powielanie materiału genetycznego.. Powielanie genomu następuje w dwóch etapach. W pierwszym syntetyzowana jest nić (+)RNA, która jest komplementarna do (-)RNA. Następnie replikon o dodatniej polarności (cRNP) stanowi matrycę do syntezy potomnych (-)RNA. Powstałe (-)RNA wraz z nowo zsyntetyzowanymi białkami tworzy kompleksy rybonukleoproteinowe, które są eksportowane do cytoplazmy. Powstałych białka i materiał genetyczny wirusa przenoszone są do wewnętrznej powierzchni błony komórkowej.
W pakowaniu segmentów do wirionu ważną funkcję pełni struktura fragmentów końcowych (-)RNA. Jedna kopia każdego segmentu jest pakowana do pojedynczej cząsteczki wirusa. Istnieją dwa modele mechanizmu składania. Kolejnym etapem jest wzrost wirionu przez „wpychanie" do jego wnętrza (-)RNP. W wyniku czego powstaje siła „wypychająca" pączek, natomiast siłę „wyciągającą" stanowią białka zmieniające krzywiznę błony. Istotną rolę w wbudowywaniu (-)RNP do wirionów potomnych odgrywają białka M1 i NP. Podczas pączkowania M1 oddziałuje z M2, powodując umiejscowienie białka M2 w obrębie tratwy lipidowej. Umożliwia to kompletne upakowanie (-)RNA wraz z białkami oraz wpływa na stabilizację procesu pączkowania. Istotnym elementem w odcinaniu i uwalnianiu wirionów potomnych jest białko M2. Znajduje się ono na granicy dwóch faz. W tratwie lipidowej, na szyjce pączkującego wirionu, prowadzi do wpuklenia, natomiast w rejonie bardziej płynnej części błony powoduje uwypuklanie membrany. Na skutek modyfikacji napięcia między fazami dochodzi do odcięcia i uwolnienia cząstek wirusa.
Po ukształtowaniu się wirionu, neuraminidaza (NA) katalizuje reakcje odcięcia kwasu sialowego z powierzchni glikoprotein znajdujących się na błonie komórkowej i na otoczce wirusa. W konsekwencji potomne wiriony zostają uwolnione z powierzchni komórki.
Podczas cyklu życiowego wirusa mogą powstawać zarówno cząsteczki infekcyjne, jak i nieinfekcyjne. Ponad 90% wirusów potomnych nie jest zakaźna. Uszkodzenia zaburzające funkcjonalność wirionów powstają na skutek nieprawidłowej budowy białek wirusowych oraz z wadliwego pakowania wirionów.